TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(36).201014

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG NHIỆT MẶT TRỜI
A RESEARCH ON THE SOLAR HEAT STORAGE SYSTEMHoàng Dương Hùng
Trường ĐH. Bách khoa,
ĐH. Đà Nẵng
Mai Vinh Hoà
Cao đẳng Công nghiệp Huế
Đoàn Ngọc Hùng Anh
Sở Lao động, Thương binh
và xã hội TP. Đà Nẵng

TÓM TẮT
Ngày nay, bên cạnh các nguồn năng lượng sạch như năng lượng gió, địa nhiệt…năng
lượng Mặt trời đã được khai thác và ứng dụng nhiều trong nhiều lĩnh vực. Một trong những ứng
dụng cụ thể và hiệu quả là sử dụng bộ thu năng lượng mặt trời để cấp nhiệt phục vụ cho sản
xuất và sử dụng trong gia đình. Tuy nhiên, do sự lệch pha giữa chu kỳ của năng lượng mặt trời
và chu kỳ sử dụng nhiệt trong bình tích trữ nên sự thiếu hụt nguồn nhiệt cho nhu cầu sử dụng
trong suốt thời gian ban đêm là không thể tránh khỏi. Hệ thống tích trữ năng lượng nhiệt ẩn sử
dụng chất chuyển pha là môi trường tích trữ có những thuận lợi như; dung lượng tích trữ nhiệt
cao, kích thước thiết bị nhỏ gn và đặc tính đẳng nhiệt trong suốt quá trình chuyển pha.
ABSTRACT
Today, along with renewable energy resources such as wind and geothermal energy…
solar energy has been exploited and applied to domestic and industrial uses. One of the
effective applications of solar energy is the use solar collectors in supplying hot water for

cách nhiệt. Trong các hệ thống này nhiệt độ nước trong bnh thường thay đổi t nhiệt độ
bằng nhiệt độ môi trường (lc sng sm chưa c NLMT) đến trên 80
o
C (lc cường độ
bc x mt trời đt cc đi ) trong khi đó nhiệt độ yêu cầu sử dụng ch khoảng dưới
60
o
Với bộ thu phng có diện tích bề mt hấp thụ 1m
C.
2
đt tại Đà Nng có nhiệt độ
môi trường t
f
=30
o
C cường độ bức xạ trung bnh E
n
= 940 W/m
2

khi lưu lượng nước qua
bộ thu G =0,002kg/s th hàm phân bố nhiệt độ nước nóng trong bộ thu theo thời gian
trong ngày như hnh 1, [2].
t
τ
m
τ
6 8 10 12
12,9
14 16

Hình 1. Hàm phân b nhiệt độ ca bộ thu đt c đnh t
(
τ
)
và khi quay quanh hưng mt trời t
Trong thc tế các hệ thống cung cấp nước nóng thường đt cố đnh , theo hình 1,
với bộ thu nước nóng bnh thường th trong một ngày có th ời gian nhiệt độ của cả hệ
thống rất lớn. Hơn na trong thời gian có cường độ bức xạ mt trời cc đại (12h – 14h)
là lc nhu cầu sử dụng về nước nóng rất ít , nên lượng nước có nhiệt độ cao gi trong
bnh với thời gian dài do đó tổn thất nhiệt ra môi trường lớn . Vậy cần phải tính toán để
dng một chất trung gian có thể hấp thụ để gi lại lượng nhiệt khi cường độ bức xạ mt
trời cao và sử dụng khi cần thiết (ngay c khi không c NLMT), chất trung gian đó gi là
chất chuyển pha.
đ(
τ
)
b) Chọn chất chuyển pha
Chất chuyển pha dng trử nhiệt cần phải chn nhng chất có nhiệt độ nóng chảy
ph hợp, có nhiệt nóng chảy lớn , không độc hại, không phản ứng hay ăn mn vậ t liệu
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(36).201016

khác và giá thành hợp lý. Bảng 1 là tính chất của một số chất chuyển pha  các dải nhiệt
độ khác nhau có thể sử dụng.
Bng1. Một s cht chuyn pha ở cc di nhiệt độ khc nhau
S
T
T

1 Paraffin
0,9 2,7 47- 61 0,25 210 30.000
2 H
2
0,997
O
4,18 0 0,58 333,6 3,5
3 NaCl
2,16 0,836 801 6,5 92,8 25.000
4 NaNO
2,257
3

1800 308 0,8 169 95.000
Ty thuộc vào dải nhiệt độ nước cần sử dụng mà ta chn các chất chuyển pha có
nhiệt độ nóng chảy ph hợp . Với hệ thống cung cấp nước nóng dng trong hộ gia đnh
(nhiệt độ 40
o
C - 60
o
c) Tính chọn b thu và bình tích trữ nhit
C) th chng ta có thể chn chất chuyển pha là paraffin, paraffin có
một số ưu điểm như ; khả năng tương thích với vật liệu xây dng thông thường, không
phân tầng, tính chất hoá hc ổn đnh, nhiệt nóng chảy cao, an toàn và không phản ứng
phụ nên rất ph hợp để làm chất trử nhiệt trong hệ thống cung cấp nước nóng.
Đối với hệ thống cung cấp nước nóng dng trong hộ gia thường có dung tích 80
lít nước với bề mt hấp thụ nhiệt có diện tích 1 ÷ 2m
2

[1]. Hệ thống cung cấp nước

Tm ph trong sut,
4-
Đường nưc nóng ra,
5-
Bề mt hp thụ nhiệt,
6-
Lp tôn bọc,
7-
Đường nưc lnh vào,
8-
Khung đở Collector

Hình 2. Cu to Collector hp thụ nhiệt
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(36).201017

Collector được chế tạo có kích thước 1m
2
Bnh tích trử có kích thước cấu tạo
như hnh 3, chứa lượng nước 80 lít và 19
lít chất paraffin,  đây paraffin được chứa
trong ống Inox Φ = 16mm cn nước được
bao phủ bên ngoài ống chứa paraffin.
, chiều rộng 9 00mm, chiều dài
1200mm, chiều dày 100mm. Lớp cách nhiệt được làm bằng bông thuỷ tinh dày 50mm;
lớp đệm tấm phủ trong suốt được làm
bằng đệm cao su; tấm phủ là kính trong
suốt với độ dày 4mm; Bề mt hấp thụ

1. Ống nưc nóng từ colletor vào
C. Sau khi
tan chảy hoàn toàn nếu lượng nhiệt lớn
2. Ống lắp nhiệt kế đo nhiệt độ paraffin
3. Ống thông hơi
4. Ống nưc nóng đem đi sử dụng
5. Ống nưc lnh vào collector
6. Ống lắp nhiệt kế đo nhiệt độ paraffin
7. Ống nưc lnh cp vào bình

Hình 4. Thiết b thc nghiệm
Hình 3. Cu to bnh tch trữ nhiệt
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(36).201018

hơn t nước làm cho Paraffin quá nhiệt, nhờ vậy lại tích trử nhiệt hiện. Quá trnh cấp
nhiệt tiếp tục cho đến khi Paraffin và nước đạt được cân bằng nhiệt.
Nhiệt độ của và nước  v trí khác nhau được ghi lại sau mỗi 20 pht. Quá trnh
xả nước được tiến hành bằng cách lấy một lượng nước nóng t bnh chứa và ha trộn
với nước lạnh để đạt được nhiệt độ 45
o
Bng 2. S liệu nhiệt độ nưc và paraffin đầu vào, ra ca bnh cha
C cho việc sử dụng trc tiếp và bnh chứa được
cấp nước lạnh lại để duy tr mức nước trong bnh không đổi.
Thời
gian
( phút)
Giờ

trong
ngày
t
nv

(
o
t
C)
nr

(
o
t
C)
pv

(
o
t
C)
pr
(

o
C)
20 7h20 28 28 28 28 340 12h40 68 54 67.5 54
40 7h40 33 28 31 28 360 13h00 70 56 70 56
60 8h00 37 29 34 28 380 13h20 71 58 71 57
80 8h20 40 29 36 29 400 13h40 70 58 70 58